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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Fräsen nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Für Fräsvorgänge mit
hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten werden Fräser eingesetzt, die mit am
Umfang eines Fräskopfes
verteilt angeordneten Schneidkörpern
bestückt
sind. Bei einer Ausführungsform
sind die Schneidkörper
an Kassetten angebracht, die in Ausnehmungen am Fräskopf verschraubt
werden.
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Der
Grundkörper
des Fräsers
ist in vielen Ausführungsformen
aus vergleichsweise weichem Material wie z.B. Aluminium gefertigt.
Um eine ausreichende Festigkeit einer Schraubverbindung zur Fixierung
der Kassetten zu erhalten, werden normalerweise entsprechende Bereiche
für die
Gewinde im Grundkörper
ausgebüchst,
was einen nicht unbeträchtlichen
Rufwand darstellt. Doch selbst mit verstärkten Gewindebereichen ist
die Haltbarkeit entsprechender Grundkörper begrenzt, so dass diese von
Zeit zu Zeit ersetzt werden müssen.
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Darüber hinaus
unterliegt der Grundkörper auch
einem Verschleiß,
der durch einen Materialabtrag durch Späne in den Spanabfuhrausnehmungen des
Grundkörpers
vor den Schneidkörpern
entsteht.
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Aufgabe und
Vorteile der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der einleitend
bezeichneten Art bereitzustellen, dass bei vergleichbaren Belastungen
eine höhere
Standzeit erreicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 13 gelöst.
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Aus
den nachfolgenden Unteransprüchen gehen
weitere, vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung hervor.
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Die
Erfindung geht von einem Werkzeug zum Fräsen aus, das aus einem Werkzeugkörper, der
bei der Werkstückbearbeitung
rotiert besteht und an seinem Umfang verteilt angeordnete Schneidkörper umfasst,
welche an Kassetten fixiert sind, die in Ausnehmungen im Werkzeuggrundkörper angeordnet
sind und an welche sich jeweils eine Spanabfuhrausnehmung anschließt. Der
Kern der Erfindung liegt nun darin, dass die Kassetten in der jeweiligen Ausnehmung
am Werkzeuggrundkörper
durch Verklemmung fixiert sind.
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Dadurch
ergibt sich der Vorteil, dass an dem Werkzeuggrundkörper keine
Gewindeaufnahmen für die
Fixierung der Kassetten ausgebildet werden müssen. Der Wegfall von Gewindeaufnahmen,
insbesondere ausgebüchste
Gewindeaufnahmen für
die Fixierung der Kassetten in dem Werkzeuggrundkörper spart
Herstellungskosten ein. Darüber
hinaus hat es sich herausgestellt, dass durch ein Verklemmen der Kassetten
Verschleißerscheinungen
am Werkzeuggrundkörper
nicht oder in einem nur sehr reduzierten Maße auftreten, was letztlich
die Standzeit des Werkzeugs verbessert. Die Verklemmung der Kassetten erfolgt
vorzugsweise so, dass die Kassette an gegenüberliegenden Wandungsbereichen
der Ausnehmung abgespreizt ist. Z.B. werden die Kassetten durch
reinen Kraftschluss in der jeweiligen Ausnehmung gehalten.
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In
einer außerdem
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zur Verklemmung der
Kassetten eine Klemmvorrichtung vorgesehen, bei welcher sich Spannmittel
im gespannten Zustand an der Wandung der Ausnehmung für die jeweilige
Kassette abstützen.
Die Klemmvorrichtung kann an oder in der Kassette angeordnet sein.
Es ist jedoch auch denkbar, dass sich die Klemmvorrichtung zwischen
der Kassette und der Wandung der jeweiligen Ausnehmung befindet.
In beiden Fällen
wird vorzugsweise durch die Spannmittel die Kassette zwischen den Wandungen
der Ausnehmung für
die Kassette verspreizt, d.h. die Spannmittel üben eine Druckspannung auf
eine Wandung der Ausnehmung aus, die sich auf die Kassette überträgt, welche
sich wiederum an einem Wandungsbereich der jeweiligen Ausnehmung
abstützt,
was zu einer Verklemmung der Kassette führt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass die Spannmittel eine Schraube umfassen.
Durch die Schraube wird vorzugsweise im Spannmittel die Druckspannung
aufgebaut. Dazu kann sich die Schraube unmittelbar in der Kassette abstützen und
direkt oder indirekt auf einen Wandungsbereich der Ausnehmung für die Kassette
beim Spannen drücken,
was letztlich die Klemmung der Kassette herbeiführt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass das die Schraube über eine Bohrung im Werkzeugkörper zugängig ist.
Dadurch ist die Schraube geschützt
im Werkzeuggrundkörper
bzw. der Kassette angeordnet. So kann beispielsweise ein Schraubenkopf
durch die Bohrung erreicht werden, um die Kassette in der Kassettenausnehmung
zu verklemmen bzw. beim Wechseln der Schneidkörper oder bei der Einstellung
der Schneidkörper
im Montagefall zu fixieren.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass der Querschnitt der Ausnehmungen sich radial
nach außen
verjüngt.
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Das
hat zur Folge, dass sich die Kassetten in den Ausnehmungen bei wachsenden
Drehzahlen immer stärker
verkeilen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass durch
diese Keilwirkung eine Art Aussteifung des Grundkörpers durch
die radial nach außen
hin wirkende Verdichtung im Werkzeuggrundkörper auftritt.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
verjüngen
sich die Ausnehmungen in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse
des Werkzeuges in einer Richtung radial nach außen. Das ermöglicht die
Ausnehmungen in Längsachse
des Werkzeugs so auszugestalten, dass sich in diese Richtung die
Kassetten einschieben lassen. Beispielsweise weisen die Ausnehmungen
in Längsachse
des Werkzeugs einen gleichbleibenden Querschnitt auf.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass die Kassetten in der Ausnehmung für die Kassette
in ihrer axialen Position einstellbar sind. Durch diese Maßnahme lassen
sich die Kassetten zueinander in Ihrer axialen Anordnung leicht
ab stimmen.
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Zur
radialen Einstellung der Kassetten und damit der Schneidkörper ist
in einer bevorzugten Ausführungsform
eine Einstellvorrichtung vorgesehen, die Keilmittel umfasst. Zur
Justage wird vorzugsweise eine Keilfläche zu einer dazu angepassten
Fläche
verschoben, was zu einer Bewegung in radialer Richtung führt. Beispielsweise
wird ein Verschiebekeil über
eine Schraube positioniert. In Abhängigkeit von der Neigung des
Keils in Bezug auf die angepasste Gegenfläche lassen sich Positionen
mit vergleichsweise hoher Genauigkeit einstellen.
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Die
Kassette kann einstückig
aber auch mehrstückig
ausgebildet sein. Eine mehrstückige Kassette
hat z.B. den Vorteil, dass einzelne Teile getauscht werden können, ohne
dass die ganze Kassette getauscht werden muss.
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Darüber hinaus
können
bei mehrteiligen Kassetten unterschiedliche Materialkombinationen zum
Einsatz kommen. Bei einer mehrteiligen Kassette verfügt vorzugsweise
jeder Teil über
eine Klemmvorrichtung mit einem entsprechenden Spannmittel um ein
Verklemmen beider Teile in der jeweiligen Ausnehmung leicht zu ermöglichen.
Dazu umfassen vorteilhafterweise die Spannmittel jeweils eine Schraube,
die durch entsprechende Bohrungen im Werkzeuggrundkörper und
im jeweiligen Kassettenteil leicht erreichbar, aber vor mechanischen
Belastungen bei der Fräsarbeit
geschützt
sind.
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Bei
einem weiteren Werkzeug zum Fräsen, das
aus einem Werkzeuggrundkörper
besteht, der bei der Werkstückbearbeitung
rotiert und an seinem Umfang verteilt angeordnete Schneidkörper umfasst, welche
an Kassetten fixiert sind, die in Ausnehmungen im Werkzeuggrundkörper angeordnet
sind und an welche sich jeweils eine Spanabfuhrausnehmung anschließt, liegt
ein ebenfalls wesentlicher Aspekt der Erfindung darin, dass die
Spanabfuhrausnehmung in einem Bereich der Kassette zur Verfügung gestellt
wird, in welchem sich die bei der Bearbeitung eines Werkstücks entstehenden
Späne in
Drehrichtung gesehen vor dem Schneidkörper gegen die Oberfläche des
Werkzeugs zurückrollen.
Durch diese Maßnahme
lässt sich
der Bereich, in welchem entstehende Späne besonders intensiv mit dem
Werkzeug in Interaktion treten, in einem anderen Material als dem
Grundkörpermaterial,
nämlich
aus dem Kassettenmaterial, z.B. einem widerstandsfähigen Vergütungsstahl,
realisieren. Bei einer dementsprechenden Kassettenmaterialauswahl,
weist die Spanabfuhrausnehmung in der Kassette eine deutlich höhere Widerstandsfähigkeit
gegenüber
daran entlangschabenden Spänen
auf, als der Werkzeuggrundkörper,
der üblicherweise
aus einem weichen Material, wie z.B. Aluminium besteht. Durch das "Widerstandfähigmachen", insbesondere der
neuralgischen Punkte in der Spanabfuhrausnehmung, lässt sich eine
erheblich höhere
Standzeit des Werkzeugs erreichen.
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Eine
verschleißende
Interaktion von entstandenen Spänen
mit dem Werkzeug wird reduziert, wenn nach dem Einrollen eines entstandenen
Spanes dieser bricht und dann in einem entsprechenden Spanabfuhrbereich
von der Schneidfläche
wegbefördert
wird.
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Um
insbesondere ein gezieltes Brechen bzw. Wegbefördern der entstehenden Späne zu erreichen,
wird überdies
vorgeschlagen, dass in der Spanabfuhrausnehmung der Kassette ein
radial herausstehender Spanabweiser angeordnet ist.
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Die
Effektivität
des Spanabweisers kann dadurch erhöht werden, dass dieser in Drehrichtung
gesehen etwas beabstandet vom Schneidkörper beginnt und insbesondere
gezielt herausstehende Kantenabschnitte aufweist, die einen entstehenden
Span zum Brechen zwingen. Der Spanabweiser sollte eine Oberfläche mit
vergleichsweise hoher Abriebsfestigkeit aufweisen.
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Vorzugsweise
ist bei einer z.B. zweiteiligen Kassette die Schneidplatte an einem
ersten Kassettenteil und der Spanabweiser an einem zweiten Kassettenteil
angeordnet. Damit erreicht man eine noch größere Flexibilität für die Materialauswahl
des Spanabweisers, die unabhängig
vom Kassettenteil mit der Schneidplatte erfolgen kann. In einer
vorteilhaften Ausführungsform
sind die Kassettenteile ohne Schneidplatte aus einem Vergütungsstahl
hergestellt. Die jeweiligen Schneidplatten bestehen beispielsweise
aus PKD (polykristallinem Diamant).
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Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen unter Angabe weiterer Vorteile
und Einzelheiten näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
schräge
Draufsicht auf einen räumlich
dargestellten Fräskopf,
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2 einen
Ausschnitt durch die Schnittfläche
nach dem Schnitt II/II aus der 1,
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3 einen
Ausschnitt des Schnitts III/III aus der 1,
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4 eine
schräge
Draufsicht auf eine räumlich
dargestellte Kassette für
einen Fräskopf nach 1,
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5 eine
zu 5 entsprechende Draufsicht auf einen Teil der
Kassette nach 4 und
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6 bis 8 eine
Front-, Drauf- sowie Seitenansicht der Kassette gemäß 4.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die 1 bis 3 zeigen
einen Fräskopf und
Ausschnitte aus zwei Schnittebenen durch den Fräskopf entlang der Schnittlinien
II/II sowie III/III. Das Werkzeug 1 weist einen Werkzeuggrundkörper 2 auf,
an dem hier beispielhaft 10 Kassettenaufnahmen 4 ausgebildet
sind. In diesen Kassettenaufnahmen 4 sind jeweils Kassetten 3 angeordnet,
an denen die zum Fräsen
vorgesehenen Schneidkörper 7 befestigt
sind. Die Anordnung der Kassettenaufnahmen 4 ist derart,
dass die Schneidkörper 7 an
den Kassetten 3 radial und stirnseitig über den Werkzeuggrundkörper 2 hinausstehen,
so dass damit durch Drehen des Fräskopfs ein Werkstück bearbeitet
werden kann.
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Der
Werkzeuggrundkörper 2 des
Werkzeugs 1 umfasst einen Schaft 28, welcher mittels
geeigneter Aufnahmen mit einer Antriebswelle verbunden werden kann.
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Die
Kassetten 3 sind zweiteilig ausgebildet und bestehen aus
einem Fixierelement 5 und dem den Schneidkörper 7 tragenden
Schneidkörperhalter 6.
In Drehrichtung des Werkzeugs 1 gesehen ist vor jedem Schneidkörper 7 eine
Spanabfuhrausnehmung 8 ausgebildet. Diese verläuft im Bereich
der Kante zwischen Stirnseite und Umfang des werkzeuggrundkörpers 2 sowie
in der Kassette 3. Sie verläuft dabei jeweils so, dass
die Tiefe der Ausnehmung beginnend in dem Bereich vor dem Schneidkörper 7,
in Drehrichtung gesehen immer geringer wird, bis sie nach einem
entsprechenden Abstand an der Oberfläche des Werkzeuggrundkörpers 2 ausläuft. Dadurch
bleibt noch ausreichend Material bis zur nächsten, ebenfalls in Drehrichtung
gesehen davor angeordneten, im Werkzeuggrundkörper 2 ausgebildeten
Kassettenaufnahme 4.
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Weiter
sind am Umfang des Werkzeuggrundkörpers 2 Bohrungen 14 bis 16 zu
erkennen. Diese dienen als Zugangsbohrungen zu Befestigungselementen
bzw. einer Justiervorrichtung 9 der Kassette 3.
Die Bohrungen verlaufen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 31 des
Werkzeugs 1 und schräg
von der Umfangsfläche
des Werkzeuggrundkörpers 2 nach
innen bis die Bohrungen 14 bis 16 die Kassettenaufnahme 4 treffen.
Dadurch ist es möglich, Schraubenmittel 17, 18 für die Verklemmung
der jeweiligen Kassettenteile 5, 6 sowie ein Schraubenelement 13 für die Ausrichtung
des Schneidkörperhalters 6 zu
erreichen.
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Neben
den Bohrungen 14 bis 16 ist auch noch eine Wuchtschraube 27 pro
Kassettenaufnahme 4 zu erkennen, die von dieser beabstandet
im Werkzeuggrundkörper 2 angeordnet
ist. Mittels dieser Wuchtschrauben ist es möglich den Werkzeuggrundkörper 2 nach
der Bestückung
mit den Kassetten 3 entsprechend auszuwuchten.
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Axial
von vorne sind die am Werkzeuggrundkörper 2 ausgebildeten
Kassettenaufnahmen 4 mit den darin angeordneten Kassetten 3 senkrecht
zur Achse des Werkzeugs 1 radial nach außen in ihrer Kontur
verjüngt
ausgebildet. Sie sind in dieser Betrachtungsrichtung somit keilförmig, wobei
die Breitseite des Keiles in Richtung zur Achse des Werkzeugs 1 ausgerichtet
ist und die Schmalseite des Keiles zur Umfangsseite des Werkzeuggrundkörpers 2. Die
Kassetten 3 sind in der Art zweiteilig aufgebaut, dass
das Fixierelement 5 von der Stirnseite des Werkzeugs 1 her
betrachtet einen etwa Lförmigen Querschnitt
aufweist und der Schneidkörperhalter 6 die
Restfläche
dieses Querschnitts ausfüllt,
so dass diese beide gemeinsam die beschriebene Keilform für den Querschnitt
der Kassette 3 ergeben.
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In
der Längsachse 31 des
Werkzeugs 1 sind die Konturen der Kassette 3 so
ausgebildet, dass sie keine Querschnittsveränderungen entlang ihrer Längsachse
aufweisen.
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Dadurch
können
die zweiteiligen Kassetten 3 von der Stirnseite des Werkzeuggrundkörpers 2 in die
Kassettenaufnahmen 4 eingeschoben werden. Dabei sind die
aneinandergrenzenden Flächen
der Kassettenteile 5, 6 mit der jeweiligen Kassettenaufnahme 4 im
wesentlichen parallel zueinander ausgebildet.
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Die 2 zeigt
einen Ausschnitt des Schnittes II/II aus der 1. Hierin
ist die zweiteilige Ausführungsform
der Kassette 3 mit Fixierelement 5 und den Schneidkörperhalter 6 deutlich
ersichtlich. Das Fixierelement 5 wird über eine Spannschraube 17 in der
Kassettenaufnahme 4 verklemmt, wobei zur Vergrößerung der
Klemmfläche
gegenüber
dem Werkzeuggrundkörper 2 eine
Zwischenscheibe 25 angeordnet ist. Der Schneidkörperhalter 6 wird
mit einer Spannschraube 18 zwischen der Wandung der Kassettenaufnahme 4 und
der Wandung des Fixierelementes 5 verspannt. Dabei wird
ebenfalls der Bereich in dem sich die Spannschraube 18 am
Fixierelement 5 abstützt
durch eine Zwischenscheibe 26 vergrößert. Die Spannschraube 17 ist
zu ihrer Einstellung über
die Bohrung 16, die Spannschraube 18 über die Bohrung 15 zugängig.
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In 3 ist
ein Ausschnitt aus der Schnittebene III/III in der 1 dargestellt.
Auch in dieser Darstellung sind die beiden Kassettenteile 5, 6 und zusätzlich der
Schneidkörper 7 zu
erkennen. Der Schneidkörper 7 kann
aus einer Schneidplatte mit darauf aufgebrachter PKD-Schneide bestehen.
Diese Ausführungsform
ist jedoch nur beispielhaft, es können auch andere Schneidkörper zur
Anwendung kommen.
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Das
Fixierelement 5 weist als Teil der gesamten Spanabfuhrausnehmung 8 des
Werkzeugs 1 einen Spanabweiser 20 auf, der an
den Teil 22 der Spanabfuhrausnehmung 8 angrenzt.
Je nach Dimensionierung des Schneidkörpers 7 ist im Schneidkörperhalter 6 ein
weiterer Teil als Bereich 24 der Spanabfuhrausnehmung 8 zwischen
Spanabweiser 20 und Schneidkörper 7 ausgebildet.
Dieser Bereich 24 kann auch kontinuierlich in den Spanabweiser 20 übergehen.
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Der
Spanabweiser 20 kann wie beispielhaft dargestellt an seinem
radialen äußeren Ende
eine gekrümmte,
radial hervorstehende Spanführungsoberfläche 23 aufweisen,
so dass in der Spanabführausnehmung
eine Stufe 32 entsteht. Diese Form begünstigt die Spanabfuhr und das
Brechen der Späne
bei geringer Interaktion der Späne
mit dem Abschnitt 22 der Spanabfuhrausnehmung 8.
Die Spanführungsoberfläche 23 kann
dabei z.B. über
die gesamte wirksame Fläche
des Spanabweisers 20 derart ausgebildet sein, dass sie
sich nahe am Schneidkörper 7 beginnend
in Drehrichtung gesehen zunehmend radial auswärts gerichtet aufbiegt.
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Am
Schneidkörperhalter 6 ist
ein Verstellkeil 10 ausgebildet. Der Verstellkeil 10 dient
zur radialen Positionierung des Schneidkörperhalters 6. Die
Einstellung erfolgt durch Verschiebung eines Gegenstücks 10a mit
einer Fläche 12 gegenüber einer
daran anliegenden Fläche 11 des
Verstellkeils 10. Die Verschiebung des Gegenstücks 10a wird
durch Drehen einer in das Fixierelement 5 eingeschraubten Verstellspindel 13 bewirkt,
die über
die Bohrung 14 zugängig
ist. Gemeinsam bilden sie die Justiervorrichtung 9 für den Schneidkörperhalter 6 mit
Schneidkörper 7.
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Die
Kraftübertragung
der Radialverstellung erfolgt mittels der Verstellspindel 13 und
dem Gegenstück 10a.
Die Verstellspindel 13 stützt sich im Fixierelement 5 formschlüssig ab.
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Dadurch
gleitet die Fläche 12 des
Gegenstücks 10a an
der Keilfläche 11 des
Schneidkörperhalters 6,
was diesen radial nach außen
drückt.
Der Kopf der Verstellspindel 13 weist ein Außengewinde auf,
welches in ein Innengewinde im Fixierelement 5 eingreift,
so dass durch Verdrehen der Verstellspindel 13 diese entlang
ihrer Längsachse
verstellt werden kann.
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In 4 ist
die Kassette 3 ohne Werkzeuggrundkörper 2 in ihrer zweiteiligen
Form dargestellt. Der Schneidkörperhalter 6 umfasst
im Weiteren eine Aufnahme 21, in der ein Verschiebeelement
(nicht dargestellt) untergebracht werden kann, wodurch mittels einer
Schraube 19 die ganze Kassette 3 in ihrer axialen
Position eingestellt werden kann.
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Die 5 zeigt
den Schneidkörperhalter 6 ohne
Fixierelement 5, mit den Spannschrauben, 17, 18,
der Verstellspindel 13, den Zwischenscheiben 25, 26 und
dem Schneidköper 7.
Oberhalb des Schneidkörpers 7 ist
hier eine Ausnehmung gezeigt, die den Bereich 24 der Spanabführausnehmung
ausbildet.
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Die 6 zeigt
die Kassette 3 mit Fixierelement 5, Schneidkörperhalter 6 und
Spanabweiser 20 in Frontansicht. Auch in dieser Darstellung
ist der Bereich 24 oberhalb des Schneidkörpers 7 zu
erkennen, der vor dem Spanabweiser 20 liegt.
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In 7 ist
eine Draufsicht auf die Kassette 3 gezeigt, die gegenüber der
Darstellung in 6 um 90 Grad gedreht ist. Hier
sind die Spannschrauben, 17, 18 sowie den Verstellspindeln 13 zu
sehen, die durch die Bohrungen 14, 15, 16 im
Werkzeuggrundkörper 2 in
den 1 bis 3 dargestellt, zugängig sind.
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In 8 ist
eine gegenüber
den 6 und 7 um 90 Grad gedrehte Darstellung
der Kassette 3 gezeigt. Im Schneidkörperhalter 6 ist die
Aufnahme 21 für
ein Verschiebeelement (nicht dargestellt) zu erkennen, welches eine
axiale Einstellung der Kassette erlaubt.
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- 1
- Werkzeug
- 2
- Werkzeuggrundkörper
- 3
- Kassette
- 4
- Kassettenaufnahme
- 5
- Fixierelement
- 6
- Schneidkörperhalter
- 7
- Schneidkörper
- 8
- Spanabfuhrausnehmung
- 9
- Einstellvorrichtung
- 10
- Verstellkeil
- 10a
- Gegenstück
- 11
- Keilfläche
- 12
- Keilfläche
- 13
- Verstellspindel
(Radialverstellung)
- 14
- Bohrung
- 15
- Bohrung
- 16
- Bohrung
- 17
- Spannschraube
- 18
- Spannschraube
- 19
- Schraube
(Axialverstellung)
- 20
- Spanabweiser
- 21
- Aufnahme
- 22
- Restspanabfuhrbereich
- 23
- Spanführung
- 24
- Bereich
- 25
- Zwischenscheibe
- 26
- Zwischenscheibe
- 27
- Wuchtschraube
- 28
- Schaft
- 29
- Fixierung
- 31
- Rotationsachse
- 32
- Stufe